устройство для обнаружения транспортного средства на полосе аэропорта

Формула изобретения

1. Устройство (10) для обнаружения транспортного средства, в частности воздушного судна (А), на полосе (R) аэропорта, в особенности на взлетно-посадочной полосе, рулежной дорожке или месте стоянки воздушных судов, содержащее, по меньшей мере, один радиолокационный датчик (11), установленный в районе полосы (R) и выполненный с возможностью испускать радиолокационный луч для сканирования пространственной зоны (Е) обнаружения, причем зона (Е) обнаружения состоит из двух лепестковидных участков (E1, E2), простирающихся в горизонтальном направлении над полосой (R) и поперек осевой линии (М) полосы (R) аэропорта, отличающееся тем, что радиолокационный датчик (11) предназначен для сканирования зоны (Е) обнаружения с использованием диапазона сверхвысоких частот, причем указанное устройство (10) имеет локальное управляющее устройство (12) для обработки сигналов сканирования, поступающих с радиолокационного датчика (11), а также систему (30) светосигнального оборудования, причем управляющее устройство (12) посредством интерфейса (16, 17) передачи данных соединено с системой (30) светосигнального оборудования для ее активации, причем система (30) установлена на полосе (R) следом за зоной (Е) обнаружения радиолокационного датчика (11) по направлению (V) движения транспортного средства (А) и предназначена для подачи светового сигнала транспортному средству (А), обнаруженному радиолокационным датчиком (11).

2. Устройство (10) обнаружения по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один радиолокационный датчик (11) имеет двухлучевую конфигурацию, причем два участка (Е1, E2) зоны (Е) обнаружения в горизонтальной плоскости смещены относительно друг друга на угол (а) расхождения.

3. Устройство (10) обнаружения по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что датчик (11) предназначен для сканирования зоны (Е) обнаружения с использованием способа непрерывного излучения частотно-модулированного сигнала.

4. Устройство (10) обнаружения по п.1, отличающееся тем, что управляющее устройство (12) предназначено для определения местонахождения, скорости, ускорения, длины и распознавания типа транспортного средства (А).

5. Устройство (10) обнаружения по п.1, отличающееся тем, что управляющее устройство (12) посредством интерфейса (16, 17) передачи данных соединено с центральным пультом (20) управления и наблюдения для осуществления двунаправленного обмена данными.

6. Устройство (10) обнаружения по п.1, отличающееся тем, что имеет корпус (13) для расположения в нем, по меньшей мере, одного радиолокационного датчика (11), содержащий проницаемый для микроволн участок.

7. Устройство (10) обнаружения по п.6, отличающееся тем, что корпус (13) установлен выше уровня (F) покрытия вдоль полосы (R) и неподвижно закреплен на поверхности земли при помощи приспособления (15), имеющего место (14) ослабления.

8. Устройство (10) обнаружения по п.7, отличающееся тем, что радиолокационный датчик интегрирован в корпус утопленного или приподнятого огня.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству для обнаружения транспортного средства, в частности воздушного судна, на полосе аэропорта, в особенности на взлетно-посадочной полосе, рулежной дорожке или месте стоянки воздушных судов, содержащему, по меньшей мере, один радиолокационный датчик, установленный в районе полосы и выполненный с возможностью испускать радиолокационный луч для сканирования пространственной зоны обнаружения.

Аэропорты по всему миру сталкиваются с ростом интенсивности воздушного движения, при этом количество рулежных дорожек для осуществления взлетов и посадок воздушных судов в аэропортах ограничено. Такие меры, как увеличение срока эксплуатации, строительство новых или модернизация старых аэропортов, не могут удовлетворить растущую интенсивность полетов. Это приводит к увеличению времени захода на посадку или времени взлета, а также к интенсивному движению на взлетно-посадочных полосах, рулежных дорожках, на полосах стоянки воздушных судов и на территории между секциями аэропорта. При этом движение по полосам аэропорта осуществляют не только воздушные суда, в частности самолеты различных типов, но также наземные транспортные средства, например топливозаправщики, автобусы для доставки пассажиров, тягачи со сцепом багажных тележек, транспортные средства для обеспечения энергоснабжения и питания, передвижные трапы и прочие транспортные средства.

Из-за высоких объемов перевозок транспортные средства все чаще мешают друг другу, что приводит к возникновению непреднамеренных внештатных ситуаций, например ненужной блокировке взлетно-посадочной полосы или даже к столкновениям со значительными повреждениями транспортных средств и даже человеческими травмами. Возникновение критических ситуаций связано с предварительным стартом в местах примыкания или пересечения рулежной дорожки с взлетно-посадочной полосой, сопровождением транспортных средств на территорию многополосной стоянки воздушных судов и, как правило, в зону между терминалами. Подобные внештатные ситуации ограничивают возможности по использованию полос и тем самым пропускную способность аэропорта, что, в целом, затрудняет воздушное движение, нежели снижает его плотность.

Известно множество систем для наблюдения и управления воздушным движением в зоне аэропорта. Наблюдение за движением воздушного судна на небольшом расстоянии от аэропорта, в том числе и на полосах аэропорта, осуществляет персонал диспетчерской службы воздушного движения. Помимо речевой радиосвязи с участвующими в движении транспортными средствами в распоряжении персонала диспетчерской службы воздушного движения имеется центральный пункт управления и наблюдения с экранами и устройствами ввода. Персонал диспетчерской службы воздушного движения с помощью этих экранов получает информацию с устройств обнаружения воздушных судов, при этом управление системами светосигнального оборудования для подачи световых сигналов или святящихся предупредительных знаков пилоту осуществляется при помощи устройств ввода.

Известны мультилатеральные системы обнаружения воздушных судов, в которых положение самолета вычисляют по временным интервалам прохождения направленного самолетом сигнала к трем или более датчикам, расположенным на всей территории аэропорта. Известна также возможность определения местонахождения воздушного судна с помощью наземной радиолокационной станции с вращающейся антенной. Для этого приведена ссылка на патентную заявку DE 10306922 A1, раскрывающую систему наблюдения за территорией аэропорта, при которой местонахождение воздушного судна определяют при помощи ряда радиолокационных датчиков. В этой системе сканирование местности обычными вращающимися антеннами осуществляют благодаря тому, что излучаемые сигналы к нескольким элементам антенны, укрепленным на изогнутой опоре, подают в упорядоченной по времени последовательности.

Названные устройства обнаружения обеспечивают большие зоны обнаружения, простирающиеся по всей территории аэропорта и даже за ее пределы. Они имеют не только разрывы во времени обнаружения, обусловленные периодами реакции системы с датчиками, но и непросматриваемые участки пространства в виде затененных областей. Также возникают ошибки в обнаружении, например побочные или ложные изображения. Помимо этого, приобретение и эксплуатация подобных устройств обнаружения требует значительных финансовых затрат.

Кроме того, известны локальные устройства обнаружения, зона действия которых меньше и находится в непосредственной близости от датчика. Так, известны микроволновые барьеры, передатчики и приемники которых расположены с противоположных сторон полосы, и обнаружение воздушного судна происходит, когда оно при входе в зону обнаружения заслоняет приемник от передатчика. Такие устройства обнаружения очень чувствительны к погодным условиям.

В переводе DE 3752132 T2 европейского патентного описания ЕР 0317630 B1 раскрыто устройство для ведения воздушного судна на земле. Два датчика, соответствующие расположенным рядом друг с другом индуктивным петлям, постоянно, с перекрытием излучают сигналы для обнаружения воздушного судна, в результате чего возможно непрерывное ведение транспортного средства. В случае движения автотранспортного средства сигналы не перекрываются, таким образом, появляется возможность отличать автотранспортные средства от воздушных судов. Однако индуктивные петли требуют частого технического обслуживания, кроме того, из-за установки их в полосе техническое обслуживание связано с большими затратами.

Из патентной заявки DE 19949737 A1 известно устройство для ведения воздушного судна по полосе, в котором для наблюдения за движением воздушного судна предусмотрен, по меньшей мере, один радиолокационный датчик. Радиолокационный датчик выполнен в виде доплеровского радиолокатора, который по изменению частоты контролирует движение воздушного судна. Предпочтительно по всей длине полосы размещено несколько датчиков, чтобы обеспечить возможность полного наблюдения. В каждый утопленный или приподнятый наземный огонь интегрировано два радиолокационных датчика, лепестки диаграммы направленности этих датчиков расширяются сбоку от основания к вершине в двух противоположных направлениях.

Задача данного изобретения заключается в дальнейшем усовершенствовании устройства обнаружения вышеуказанного типа так, чтобы обнаружение транспортных средств, движущихся по полосам аэропорта, осуществлялось с большей точностью измерений, более высокой безотказностью работы датчиков и с применением надежного способа измерения.

В соответствии с изобретением эту задачу решают благодаря устройству обнаружения рассматриваемого типа с признаками отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Таким образом, зона обнаружения состоит из двух лепестковидных участков, простирающихся в горизонтальном направлении над полосой и поперек направления движения транспортного средства. В результате возникает такая геометрия зоны обнаружения, которая позволяет просто и без каких-либо временных задержек обнаружить присутствие и изменение направления движения проезжающего транспортного средства, в частности воздушного судна. Если радиолокационный датчик для сканирования зоны обнаружения выполнить с использованием диапазона сверхвысоких частот, то применяемый способ измерения будет отличаться высокой точностью и надежностью.

В предпочтительном варианте осуществления устройства обнаружения, по меньшей мере, один радиолокационный датчик имеет двухлучевую конфигурацию, а два участка зоны обнаружения в горизонтальной плоскости смещены относительно друг друга на угол расхождения. В результате, обеспечена компактная конструкция, что является предпочтительным при использовании в полевых условиях в аэропортах, для которых характерны периодические высокие ветровые нагрузки. Двухлучевой радиолокационный датчик дает меньший разброс значений для отношения сигнал/шум при измерении, сопровождающемся помехами. В результате асимметрии соответствующих нормализованных кривых для лучей, сканирующих оба участка, предпочтительно получают менее похожие угловые диаграммы направленности, таким образом, разброс результатов измерений незначителен. Это приводит к небольшому числу ошибочных соотнесений углов. В качестве альтернативного варианта оба участка также можно сканировать при помощи двух однолучевых радиолокационных датчиков.

В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого устройства обнаружения радиолокационный датчик предназначен для сканирования своей зоны обнаружения способом непрерывного излучения частотно-модулированного сигнала. Таким образом, радиолокационный датчик излучает непрерывно, но с постоянно меняющейся - пилообразно или линейно, с попеременным возрастанием и падением - частотой. В результате появляется возможность определить расстояние от транспортного средства до датчика, а также скорость его движения.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения предлагаемое устройство обнаружения имеет управляющее устройство для обработки сигналов сканирования, поступающих с радиолокационного датчика. С помощью средств вычисления и хранения, предусмотренных в управляющем устройстве, сигналы датчика, поступающие в управляющее устройство, обрабатывают при использовании сохраненных в памяти алгоритмов без каких-либо временных задержек, чтобы непосредственно определить, находится ли вообще в зоне обнаружения какое-либо транспортное средство, и в случае подтверждения данного факта получить результаты обнаружения, необходимые для распознавания состояния и типа транспортного средства.

Предпочтительно управляющее устройство предлагаемого устройства обнаружения предназначено для определения местонахождения, и/или скорости, и/или ускорения, и/или длины, и/или типа транспортного средства. Предусмотрена возможность обнаружения различных типов воздушных судов и наземных транспортных средств, а также возможность определения их местонахождения и состояния движения путем сравнения с эталонными образцами и значениями, сохраненными в средствах хранения устройства обработки данных.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения управляющее устройство посредством интерфейса передачи данных соединено с центральным пунктом управления и наблюдения для двунаправленного обмена данными. Интерфейс передачи данных может быть выполнен либо в виде проводной полевой шины с локальным устройством связи и линией связи, либо в виде беспроводной локальной сети передачи данных. Тем самым управляющее устройство передает уведомляющие сообщения, касающиеся обработки сигналов датчика, персоналу диспетчерской службы воздушного движения или в центральный пункт управления и наблюдения, например в диспетчерскую вышку, либо в дополнительные управляющие устройства других устройств обнаружения.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения управляющее устройство посредством интерфейса передачи данных соединено с системой светосигнального оборудования для ее активации, причем система светосигнального оборудования установлена на полосе, следом за зоной обнаружения радиолокационного датчика (если смотреть в направлении движения) и предназначена для подачи световых сигналов транспортному средству, обнаруженному радиолокационным датчиком. Если система светосигнального оборудования предназначена для подачи стоп-огней или сигналов наведения, то ее можно активировать, например, посредством управляющего устройства, когда оно обнаруживает транспортное средство, которое не имеет разрешения на дальнейшее движение, или движется с очень высокой скоростью, или слишком далеко отклонилось в сторону от осевой линии полосы. Активирование системы светосигнального оборудования происходит при условии подтверждения с пункта управления и наблюдения.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения предлагаемое устройство обнаружения имеет корпус для размещения в нем, по меньшей мере, одного радиолокационного датчика, содержащий проницаемый для микроволн участок. Благодаря корпусу радиолокационный датчик защищен от погодных воздействий. Корпус можно изготовить из алюминиевой отливки, полученной литьем под давлением, или из пластмассы, но в корпусе следует предусмотреть участок для прохождения излучаемых и отраженных лучей.

Предпочтительно корпус предлагаемого устройства обнаружения установлен выше уровня покрытия вдоль полосы и неподвижно закреплен на поверхности земли при помощи приспособления, имеющего место ослабления. Это обеспечивает то, что сопротивление, оказываемое устройством обнаружения наехавшему на него транспортному средству, которое сошло с полосы, предопределено и не слишком велико. При этом существует также возможность поместить корпус внутрь полосы ниже уровня покрытия.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения радиолокационный датчик предлагаемого устройства обнаружения интегрирован в корпус утопленного или приподнятого огня. Благодаря интеграции датчика в корпус огня предпочтительно появляется возможность применения унифицированных деталей, блоков энергопитания, управляющих устройств и устройств связи систем светосигнального оборудования.

Остальные характеристики и преимущества предлагаемого устройства обнаружения раскрыты в нижеприведенном описании чертежей, на которых схематично изображено следующее:

фиг.1 - вид сверху на устройство обнаружения, расположенное на полосе;

фиг.2 - поперечный разрез зоны обнаружения радиолокационного датчика;

фиг.3 - изменение во времени амплитуды сигнала, соответствующей первому участку зоны обнаружения;

фиг.4 - изменение во времени принятого антенной сигнала, соответствующего первому участку зоны обнаружения;

фиг.5 - изменение во времени амплитуды сигнала, соответствующей второму участку зоны обнаружения;

фиг.6 - изменение во времени принятого антенной сигнала, соответствующего второму участку зоны обнаружения.

На фиг.1 показано воздушное судно A, движущееся по полосе R летного поля аэропорта. Полоса R представляет собой, например, рулежную дорожку шириной примерно 30 м, которая (если смотреть в направлении движения V воздушного судна A) примыкает к взлетно-посадочной полосе. На рулежных дорожках воздушные судна, как правило, движутся ориентировочно по осевой линии М со скоростью от 30 до 80 км/ч. Для наблюдения за выруливанием транспортных средств к взлетно-посадочной полосе предусмотрено предлагаемое устройство 10 для обнаружения транспортных средств, движущихся по рулежной дорожке R.

Для этого устройство 10 обнаружения имеет двухлучевой радиолокационный датчик 11, установленный, например, на расстоянии примерно 10 м от края рулежной дорожки. Радиолокационный датчик 11 сканирует зону обнаружения Е, состоящую из двух лепестковидных участков E1 и E2. На фиг.1 оси соответствующих радиолокационных лучей обозначены штрихпунктирными линиями. Каждый из участков E1 и E2 простирается в горизонтальном направлении и поперек направления V движения воздушного судна A по рулевой дорожке R. Ось луча второго участка E2 по существу проходит перпендикулярно осевой линии M, в то время как ось луча первого участка E1 смещена (в горизонтальной плоскости, то есть в плоскости чертежа) относительно оси луча второго участка E2 на угол расхождения, предпочтительно составляющий от 5 до 45°, в частности предпочтительно от 10 до 20°, навстречу направлению V движения транспортного средства.

Радиолокационные лучи сканируют зону E обнаружения с использованием излучения сверхвысоких частот, что обеспечивает получение особенно точных результатов измерения и позволяет применять радиолокационные датчики с высокой надежностью. Согласно фиг.2 радиолокационные лучи, например участок E2 зоны обнаружения E, имеют дальность w обнаружения до 100 м и высоту h обнаружения, по меньшей мере, до 25 м над уровнем F покрытия рулежной дорожки R. Каждый из участков E1 и E2 образует плоскую поверхность обнаружения, перпендикулярную рулежной дорожке R, что становится возможным благодаря сфокусированному радиолокационному лучу. Радиолокационный датчик 11 может работать по методу непрерывного излучения частотно-модулированного сигнала.

В соответствии с фиг.2 устройство 10 обнаружения имеет корпус 13, предназначенный для ограждения и предохранения не показанного на этом чертеже радиолокационного датчика 11 от погодных воздействий и летающего вокруг мусора. Со стороны, обращенной к рулежной дорожке R, корпус 13 имеет проницаемый для микроволн участок, пропускающий излученные датчиком 11 радиолокационные лучи и лучи, отраженные воздушным судном А и принимаемые антенной. Корпус 13 установлен над уровнем F покрытия и имеет верхнюю часть, выполненную с возможностью наклона и вращения относительно нижней части. Благодаря этому возможно выравнивание радиолокационного луча. Нижняя часть имеет основание 15 для крепления корпуса 13 к земле с местом 14 ослабления, выполненного в виде сужения в поперечном сечении. Устройство 10 обнаружения предпочтительно интегрировано в корпус приподнятого огня.

Для обработки поступающих с датчика 11 сигналов сканирования устройство 10 обнаружения согласно фиг.1 для электронной обработки данных имеет локальное управляющее устройство 12 с не показанными на чертеже средствами вычисления и хранения. Если выруливающее воздушное судно А пересекает первый и второй участок E1 и E2, то в антенне датчика формируются амплитуды u₁ и u₂ напряжения соответственно, изменение которых во времени показано на фиг.3 и 5. Указанные амплитуды u₁ и u₂ напряжения описывают профиль волны обнаруженного воздушного судна А, из которого получают соответствующие принятые сигналы s₁ и s₂ антенны, изменение которых во времени показано на фиг.4 и 6. На основании сигналов s₁ и s₂ получают моменты времени t_N1 и t_N2, когда носовая часть N воздушного судна проходит сквозь участки Е1 и Е2 соответственно, а также моменты времени t_T1 и t _T2, когда хвостовая часть Т воздушного судна проходит сквозь участки E1 и E2 соответственно.

В управляющем устройстве 12 при прохождении носовой части N через участок E1 и E2 по сдвигу частоты вычисляют расстояния I₁ и, соответственно, I₂ между носовой частью N воздушного судна и датчиком 11. Таким образом, удается определить, отклоняется ли положение воздушного судна A в боковом направлении от осевой линии M рулежной дорожки R. Кроме того, учитывая угол расхождения, можно определить длину l пути между прохождением первого и второго участка Е1 и Е2 соответственно. За скорость воздушного судна А принимают среднее значение между скоростью носовой части N и скоростью хвостовой части Т. Скорости носовой части N и хвостовой части Т воздушного судна А получают, разделив длину l пути на соответствующие временные интервалы (t_N2 -t_N1) и (t_T2-t_T1) сигналов s ₁ и s₂ антенны соответственно. Путем сравнения двух временных интервалов делают вывод об ускорении или замедлении движения воздушного судна А. Кроме того, умножив среднее значение временных интервалов на рассчитанную скорость, можно определить длину воздушного судна. Длина воздушного судна в сочетании с профилем волны, а именно изменением во времени амплитуды принятого датчиком сигнала, позволяет распознать тип воздушного судна, а именно тип транспортного средства, поскольку данный способ также позволяет отличать наземные транспортные средства от воздушных судов.

Совокупность зарегистрированных данных, в самом простом случае определения присутствия воздушного судна А в зоне Е обнаружения, через интерфейс передачи данных, содержащий устройство 16 связи устройства 10 обнаружения и линию 17 связи, передается на внешнее устройство. Интерфейс передачи данных выполнен в виде двунаправленной полевой шины, которая связана с центральным пунктом 20 управления и наблюдения для персонала диспетчерской службы воздушного движения, расположенным, например, в диспетчерской вышке, и с системой 30 светосигнального оборудования. Система 30 светосигнального оборудования расположена непосредственно перед местом примыкания рулежной дорожки R к взлетно-посадочной полосе (если смотреть в направлении V движения воздушного судна А) и после устройства 10 обнаружения. Она включает в себя два приподнятых огня, установленных с обеих сторон рулежной дорожки R, и поперечный ряд встроенных в среднюю часть рулежной дорожки утопленных огней для подачи стоп-сигналов пилоту воздушного судна А. Например, если пилот воздушного судна А не увидел действующую стоп-линию, то управляющее устройство 12 через устройство 16 связи или линию 17 связи передает данные об обнаружении самолета А в пункт 20 управления и наблюдения, а также в систему 30 светосигнального оборудования. После подтверждения персоналом диспетчерской службы воздушного движения через пункт 20, активируется система 30 светосигнального оборудования для подачи стоп-сигналов. Это служит для подачи пилоту визуального сигнала о том, чтобы он попытался предотвратить прохождение воздушного судна А на взлетно-посадочную полосу. Таким образом, предлагаемое устройство 10 обнаружения выполняет функцию обеспечения безопасности в системах контроля летного поля.